Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Для современной науки и техники необходимы данные о таких процессах и явлениях, моделирование которых в лабораторных или натурных условиях сложно и дорого, а в некоторых случаях просто невозможно. Создание крупного гидротехнического сооружения сильно влияет на экологическое состояние прилежащих территорий. Для того, чтобы учесть экологические последствия, вызванные подобным строительством, необходимо сделать прогнозные оценки гидротермического режима водоема. Использование метода аналогий не всегда возможно из-за отсутствия подходящего водоема-аналога, поэтому во многих случаях численное моделирование становится основным инструментом прогнозирования.
Численное моделирование помогает также понять механизм явлений, происходящих в водоемах, выявить наиболее существенные физические факторы, влияющие на протекающие процессы.
При разработке приближенной модели важно правильно оценить влияние отдельных факторов на характер получаемого численного решения. К таким факторам, в частности, относятся: аппроксимация геометрии исследуемого объекта, выбор численной модели граничных условий, модели турбулентного обмена. Кроме того, поскольку расчеты выполняются для длительных временных периодов, желательно выбрать эффективный численный алгоритм, в связи с чем становится актуальным сравнительный анализ скорости выполнения расчетов для различных алгоритмов.
Работа продолжает исследования О.Ф.Васильева, В.И.Квона, А.Ф.Воеводина, С.М.Шугрина, В.М.Белолипецкого, Б.В.Архипова, О.М.Бело-церковского, В.А.Гущина, А.Н.Бугрова, Т.В.Дунец.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ Основными целями работы являются:
1. разработка численной двумерной вертикальной негидростатической модели стратифицированных течений в глубоководных водоемах вытянутой формы;
:$
-
создание на базе этой модели комплекса программ для построения геометрической модели водоема, расчета гидротермических процессов и графической обработки результатов; программы должны адаптироваться к различным водоемам и настраиваться на разные типы граничных условий, модели турбулентности и другие параметры;
-
анализ влияния способа аппроксимации геометрии водоема, граничных условий и численного алгоритма на характер получаемого решения и на эффективность счета;
-
выполнение прогнозных расчетов гидротермических режимов стратифицированных водоемов;
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ основана на использовании усредненных по ширине уравнениях Навье-Стокса- Рейнольдса в приближении Буссинеска в физических переменных и конечно- разностных методов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Впервые в отечественной практике двумерная поперечно усредненная негидростатическая модель была применена к водоемам с реальной геометрией. Созданная численная модель позволяет выбирать различные граничные условия, модели турбулентности, способы аппроксимации, уравнения состояния. Выполнен анализ влияния вида граничных условий на дне и на открытой границе и их численной модели на поведение решения. Выполнены расчеты и анализ гидротермических режимов проектируемых водохранилищ на р.Катунь и р.Томь. Исследованы методы подавления численной неустойчивости Филлипса, возникающей при малых плотностных числах Фруда.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ Созданный комплекс программ является гибким инструментом для выполнения расчетов гидротермических режимов в различных типах глубоководных водоемах (замкнутых, проточных). Благодаря возможности выбора различных граничных условий модель может использоваться для водоемов с открытой границей. Автоматическое построение геометрической
и сеточной модели, а также сопровождающие программы графической обработки результатов позволяют легко настраивать модель на новые объекты и помогают анализировать расчетные данные по ходу вычислений.
-
численную модель расчета гидротермических процессов в стратифицированных водоемах;
-
результаты численного анализа влияния таких факторов, как аппроксимация геометрии водоема, численной модели граничных условий на характер расчетных гидротермических режимов;
-
анализ гидротермических режимов водоемов при малых и больших плотностных числах Фруда.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты диссертации докладывались на Школе-семинаре по комплексам программ математической физики (Новосибирск, 1993), Первой и Второй Всероссийских конференциях по математическим проблемам экологии (Новосибирск, 1992, 1994), на международном симпозиуме "Гидрологические и экологические процессы в водоемах и их водосборных бассейнах" (Новосибирск, 1995)
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
ОБЬЕМ РАБОТЫ: Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 84 наименований и 50 рисунков. Работа изложена на 135 страницах.